[发明专利]一种水溶性树脂包膜材料的工业化制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于农用控释肥料制备技术领域，具体涉及一种水溶性树脂包膜材料的工业化制备方法及其应用。 

背景技术

在国家高效、节能、环保的方针指导下，我国农业生产中节能、环保的焦点问题就是如何有效的提高化肥利用率而减少化肥的施用量。据最新研究报道，化肥作为重要的农业生产资料，在我国农业生产投资中占40～50％，然而大田作物化学氮肥的当季利用率一直以来徘徊在30～35％，甚至更低。化肥利用率低不仅造成了养分浪费和增加粮食生产成本，更重要的是还造成能源的浪费和环境污染。 

控释肥料因其肥料利用率高而被视为能有效提高化肥利用率和减少肥料损失及其可能造成环境污染的新型肥料。自1998国家基金委第一个控释肥料自然科学基金项目(39870433)以来，我国控释肥料研究和实验室技术不断涌现。从技术层面上分析，控释肥料的技术包括两方面：一是控释材料，也称包膜材料的合成技术；第二个方面是控释包膜工艺和技术。就包膜材料合成技术而言有三类，(1)聚烯烃有机溶剂熔溶技术，其产物为有机溶剂介质型包膜材料；(2)水基树脂乳液聚合技术，其产物是水基聚合物或称水溶性树脂包膜材料；(3)聚合物单体分子在肥料颗粒表面聚合成膜技术，产物为无溶剂聚合树脂。其中只有聚烯烃有机溶熔溶技术及其包膜材料较多的应用 于工业化制造控释肥料。根据现有文献资料报道，控释肥料膜材及其控释肥料制造工艺的现状和不足之处表现如下： 

(1)有机溶剂介质型包膜材料及其包膜工艺和技术的优缺点 

这类包膜材料的优点是聚烯烃选材广泛易得，溶剂种类较多易得。包膜材料的合成工艺简单，只要将聚烯烃和溶剂按照一定的比例混合，在一定的高温下熔溶，熔溶液即为包膜材料。但是其最大的缺点是，包膜材料的介质多为易挥发、有异味、或有刺激气味、或有毒害气味的溶剂，在控释肥料制造中溶剂的回收率低，不仅增加了控释肥料的制造成本，而且溶剂的挥发对人体有害并污染环境。因此是一种应该淘汰的包膜材料。包膜工艺大多采用底喷流化、溶剂冷凝回收工艺。工艺流程中的溶剂回收增加了工艺的难度和制造控释肥料的成本。 

(2)水基聚合物或水溶性树脂包膜材料及其控释肥料制造工艺 

水基树脂聚合物或水溶性树脂就是针对上述有机溶剂介质型包膜材料的缺点，以及控释肥料的要求而研发的以水为介质的聚合物包膜材料。因此水基聚合物包膜材料及其控释肥料制造技术是今后控释肥料的主要包膜材料和工艺之一。 

迄今为止，国内水基聚合物的研究和聚合工艺大多集中在建筑防水涂料行业、造纸工业、装潢行业上，专门用于肥料包膜和制造控释肥料的水基聚合物很少。如果直接选用现有的水基聚合物商品进行肥料包膜，虽然可以在肥料表面形成一层完整的膜层，但是由于建筑业、造纸、装潢行业主要强调和要求水基聚合物成膜后的附着力、透气性 等，不能适应制造控释肥料的要求，如果直接采用这些乳液制造控释肥料，不仅浪费，而且包膜肥料根本无法达到控释肥料的标准。主要问题表现为以下几个方面：第一，亲水单体和亲水基过多，包膜层在很短时间内完全吸水溶胀而丧失控释性能；第二，单体分子过小的乳液成膜温度过高，造成包膜不完整、不连续并增加能耗；第三，单体分子过大的乳液易于回粘，包膜肥料易于结块，结块破碎过程控释肥料的包膜被破坏，包膜肥料遂丧失控释功能。 

中国专利CN1939878A和美国相关专利报道，采用上述商用乳液进行包膜，但必须对肥料表面进行预处理后才能包膜，预处理肥料表面无疑增加了工艺的复杂程度，不利于实现高效、节能、节支的工业化生产。中国专利CN101182269A针对上述肥料表面预处理的问题，对乳液从聚合方法及条件、乳液的组成、性能、聚合物结构与膜材性能之间的关系进行了改进，但是，就其水基聚合物的合成工艺、单体配比、乳化剂选型和聚合工艺上都有待改进。综而述之，现有技术尚存在一些致命的技术瓶颈：(1)现有商用乳液成膜的耐水白性能(抗水性能)很差，成膜在水中数小时就完全吸水溶胀，丧失了控释性能；其Tg温度低，在流化床内易于结块，成品储藏期间肥料会团粘在一起；(2)包膜工艺中，商用乳液无法同时满足包膜工艺要求的高温、不沾粘两个条件；(3)现行专利的工艺和方法大多为实验室规模的工艺、技术和方法，难于直接应用于控释肥料的工业化生产；(4)用水基聚合物包膜前仍需对肥料表面进行预处理。 

因此，需要从水基聚合物的合成工艺和聚合条件方面寻找新的技 术方案，实现水溶性树脂包膜材料的工业化生产，并实现将其成功应用于工业化规模设备生产制备控释肥料方面。目前尚无相关技术报道。 

发明内容